NFC标签技术在自动化仪表领域的应用前景分析

祝 震

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

NFC标签技术在自动化仪表领域的应用前景分析

祝 震

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

NFC作为一种新型技术近年来正受到越来越多的关注。文章对NFC技术进行了简单的介绍，并根据其技术特点对NFC标签替换传统仪表标签进行可行性分析，提出了基于NFC标签技术的系统及其扩展应用的设计思想，为提升工业自动化仪表的管理维护水平提供了一个新的技术手段。

NFC；标签；自动化；仪表；维护

1 引言

当前，随着自动化技术的不断发展，越来越多的新设备、新技术投入工厂使用。特别是一些有着数十年历史的工厂，经历了各种仪器仪表的不断升级、改造，给工厂留下了一个“百花齐放，几代同堂”局面。既有早期的模拟仪表尚在服役，也有最新的总线仪表以及无线仪表投入运行，每一类仪表都在其特定的历史时期出现并沿用至今。江西铜业集团贵溪冶炼厂就是这样一所工厂，自1985年投产至今，历经四期改造，目前工厂仪表总台数已超过万件。不论是上层的控制系统，还是底层的仪表都有着迅猛的发展，但是现场仪表的标签牌，作为现场仪表的必备附件，仿佛一直被整个仪表行业所忽视，没有得到相应的发展。而近几年兴起的NFC（Near Field Communication）近场通讯技术，随着其相关产业的发展，NFC标签技术的不断成熟，完全有替代现有传统标签牌的可能，给自控设备的维护领域带来一场新的变革。

2 NFC技术简介

2.1 NFC的定义

近场通信（Near Field Communication，NFC）是一种短距高频的无线电技术，在13.56MHz频率运行于10cm距离内。其传输速度有106 Kbit/s、212 Kbit/s或者424 Kbit/s三种［1］。

2.2 NFC技术的特点

NFC分为两种工作模式，一种是点对点模式［2］，常用于两台NFC设备之间的数据交换，由发起方设备提供电源和射频场，距离短，传输速度快，能耗低；另一种是卡模式，类似常用的IC卡，设备无需电源也可使用。

2.3 NFC标签种类

NFC标签类型共有四类，主要区别在读写速度、存储空间以及读写权限上。可读写的比只读的成本高，一般在生产时就写好数据；读写速度快的或者容量大的成本也会更高，因此在推广应用时必须考虑以上几个因素以控制成本。

3 NFC标签作为现场仪表标识牌的可行性分析

3.1 功能性

3.1.1 传统标签的作用及其存在的问题

传统标签所标注的一般为对应现场仪表的工位号，以及简单的工位说明。理论上，使用者可以从众多不同或者相同的仪表中识别出所对应的仪表，但实际使用中却并不如意。

现有标签主要有PVC硬塑料，铁、铝、不锈钢等材质制成。其中采用PVC硬塑料的标牌，虽然耐腐蚀，但记号笔记录的工位号信息时间长了易退色无法识别；而采用不锈钢材质的标牌，即便是钢印文字，使用在工厂复杂的环境条件下也极易被腐蚀的难以识别。再加上积灰，安装位置等因素，想要快速确定某一仪表的信息的确不是一件容易的事。更严重的，某些位置的标识牌由于长期日晒雨淋，加上高温腐蚀的共同作用，未等到更换新标牌前就已经损毁，无法识别原有信息，要重新挂牌就必须中断该仪表的数据监测，重新校线识别，而这又是工厂正常生产时所不允许的。

3.1.2 NFC标签的特点

NFC标签完全满足传统标签的功能，并且可以解决传统标签所存在的问题。

NFC标签主要由芯片和天线组成，标签数据保存在芯片当中。由于其采用近距离无线通讯，我们可以将NFC标签封装在密封的耐腐蚀材质（如PVC等）中使用。这样即使标签表面受到污染，覆盖，我们都可以使用NFC设备对NFC标签进行读取。另一方面我们的NFC标签作为卡模式运行，无需为其增配电源供电，可直接替换传统标签，符合现场环境，推广成本低。

NFC标签最大的优势就是其具有数据存储能力。我们不但可以写入仪表的工位号，还可以写入很多其他数据，比如一台差压变送器测量流量的，除了工位说明，还可以将节流原件的相关信息如（管径、差压量程、对应流量范围、是否开方）等等原始设计数据录入标签，这样，我们的仪表维护人员如需查询此类数据，只需使用便携的NFC读取设备对NFC标签轻轻一碰，数据就能全部读取出来，无需再回资料室翻阅蓝图查询，方便快捷。

3.2 易推广性

3.2.1 NFC标签经济性好

NFC标签的价格较低，根据之前标签种类的划分，第2类标签（Tag 2 Type）在四种类型中最为合适，不但具有可读写能力，48字节的内存大小也已能满足基本的工位号写入，还可扩充至最高2000字节。通信速度为106 kbit/s，满足日常使用。

3.2.2 NFC手机迅速普及

目前有两个方面的因素推进NFC手机的迅速普及。一方面随着NFC行业的不断成熟，降低了手机厂商的制造成本；另一方面得力于手机运营商以合约机形式的补贴的强力推广。我们认为未来将会是NFC手机的高速普及期，对NFC行业应用形成极好的外部硬件条件［2］。

4 搭建基于NFC标签的系统及网络

传统标签更换为NFC标签仅仅是将标签内容信息数字化方便读取，而搭建一套基于NFC标签技术的系统及网络配合运行，才能拓展出更多的功能和应用。

首先建立NFC标签数据库系统，我们将现场的设备按所属厂区分别录入数据库。并将现有的仪表台帐、仪表说明书等等数据一并录入。这样我们的NFC标签所存储的就不仅仅是一个工位号，我们还可以通过读取NFC标签，进入数据库系统查询它所对应的一切数据。

5 相关扩展应用的开发

在搭建好基于NFC标签的系统网络后，我们就有了实现更为丰富功能的基础。无论是搭建覆盖整个工厂的无线网络，还是使用移动运营商的通讯网络，我们都可以便捷的通过NFC手机在现场对NFC标签进行读取，并通过网络访问数据库读取相关信息。

5.1 查询过程数据

通过NFC标签信息调用PI实时数据库系统数据，我们可以查询每个工位号的实时数据或历史趋势，便于我们更好的进行数据分析［3］而不用奔波于控制室和现场之间。设想一下：当你在清理取压口后只需拿设备轻轻一刷，便可得知压力是否恢复正常；更换完温度测点后，也只需要刷一下，当前的温度就显示在你的手持设备上；当你需要在一群相同型号且位置紧密的测点中找寻一个出现问题的点，你不再需要一个个擦拭着积满灰尘的标签去寻找，而是使用手持NFC读取设备对疑似的仪表依次读取，很快存在问题的测点便可以标示出来。

5.2 设备维护系统

通过NFC标签信息的链接进入设备维护系统中对应仪表设备的相关界面。点检维护人员可将维护的详细过程、点检中发现的问题、仪表说明书、仪表校验单、以及仪表维护的相关注意事项等等内容一并录入该系统。通过该系统，值班仪表维护人员处理非本岗位仪表故障时，只需使用NFC手持设备联网对着NFC标签一刷，便可查阅该仪表曾经出现过什么故障，如何处理解决，并且能阅读到该工位的维护注意事项准备相应的工器具和防护用品；遇见非常见故障时，也能通过给出的链接打开该仪表的说明书，查询故障代码寻求解决方案；更换新仪表时也可以通过标签读取出需要恢复的组态或校验数据，大大减少了处理问题的时间。

5.3 仓储管理系统

建立仪表设备的仓储管理系统，这样点检维护人员在现场就可使用手机通过NFC标签读取出某一设备的当前库存信息（如数量，存放位置等）。库存紧缺时，也可通过该仪表设备的台帐信息，查询其他区域适合本工位使用的库存信息。相应的，我们也可以在系统中直接下订单，申报该工位仪表的备件计划。成本管理人员可通过此系统直接导出任意数量、任意厂区、任意时间段的仪表备件成本的统计报表，大幅降低统计工作量。管理人员可查询更换原因等信息，有针对性的制定改进措施。

5.4 巡检签到系统

按照设备的预防维护体系，点检是作为维护人员的基本职责。每一个点检维护人员都会制定自己的点检计划和点检路线。将点检路线上的关键仪表设备作为签到点，每次巡检时必须要使用NFC手机触碰一下。这样我们就可以通过后台数据监管点检人员是否按照计划有效的点检，维护人员也可通过系统查看仪表的点检维护频次，制定针对性的有效调整，提高点检效率［4］。

6 结束语

基于NFC标签技术的应用系统就像一个云搜索引擎一样，而我们的NFC标签就是我们要搜索的关键词，只需手机轻轻一碰，一切与该仪表有关的信息将映入眼帘。我们所要做的就是不断的补充、不断的完善最终形成一个具有大数据支持的云端服务［5-6］。

随着NFC技术的不断成熟发展，基于NFC标签的系统应用在自动化行业有着很大的发展前景。特别是在推广工业4.0的进程中，基于此技术的系统应用将进一步提升整个自控系统的维护管理水平。基于此类系统的应用开发将在设备管理、人员管理、成本管理等等方面开辟一条新的道路。

［1］胡星波, 晏渭川. 基于Android的NFC实现与应用[J]. 电视技术, 2011, 35(21):84-85.

［2］冯乐. 基于NFC技术的校园一卡通系统的手机APP设计与应用[J].价值工程, 2015, 34(33):72-73.

［3］祝震. 基于PI实时数据库的数据分析在点检维护中的应用[J]. 中国化工装备, 2012(S):60-63.

［4］苏婕, 王忠. 基于NFC技术的智能考勤管理系统设计与实现[J]. 测控技术, 2015, 34(2):133-134.

［5］孙恒. 基于NFC和云服务的智慧校园设计与实现——以手机校园一卡通为例[J]. 现代教育技术, 2015, 25(11):93-94.

［6］刘海华, 魏艳楠, 李伟, 等. 基于云架构的手机NFC小区应用[J].信息技术, 2014(12):98-101.

Analysis on Application Prospects of NFC Tag Technology in the Field of Automation Instrumentation

ZHU Zhen
（Guixi Smelter, Jiangxi Copper Corporation, Guixi 335424, Jiangxi, China）

As a new technology, NFC tag technology has attracted widely attention. In this article, NFC tag technology is introduced simply, and based on its technical characteristics, the feasibility analysis of Replace the traditional tag with NFC tag is analyzed. The design scheme for the system and associated application based on the NFC tag technology is proposed, which provides a new technique means for promoting management and maintenance level of industrial automation control system.

NFC；tag；automation；process instrument；maintenance

TP27

C

1009-3842（2016）06-0082-03

2016-05-26

祝震（1985―），男，江西上饶人，本科，工程师，主要从事自动化维护工作。E-mail:33600606@163.com